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Four à induction à canal de circulation.
La présente invention concerne un four dit à induction à canal de circulation, qui comporte un laboratoire et une ou plusieurs boucles de canal, le ou les canaux étant disposés sur la face inférieure ou latéralement par rapport au fond du laboratoire avec lequel ils sont enliaison. Le cenal fermé, construit en matière réfractaire, entoure une bobine d'induction placée sur un noyau de fer. Le noyau de fer fermé permet d'obte- nir un couplage magnétique relativement favorable entre la bo- bine d'induction et le métal en fusion dans le canal, qui constitue l'enroulement électrique secondaire.
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En vue d'obtenir une bonne transmission de la puissance
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calorifique de la bobine d'induction au métal eu fusion, la <ii3- tance entre la bobine et le bain, dans la ca;a1, doit être ,1',13S';'- faible que possible pratiquement, compte tenu de la solidité du revêtement r'''fractalr9 du :'our de fusion. C'est dar.s cet intervalle que prend naissance le Cha:.19 parasite et la grandeur du flux de fuite détermine la ract'lI1ce. L'enroulement de puis- sance dans le canal est, de son côté, à peu près inversement proportionnel à la réactance, mais il dépend également de la résistance ohmique du canal.
Dans la construction des fours à induction à canal, on se trouve donc d'habitude devant le pro- blême de coistruire la section du canal aussi petite qu'on peut l'admettre, compte tenu de la pression magnétique et des condi- tions pratiques, tandis qu'en même temps la surface entre la
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bobine d'induction et le canal doit être maintenue aussi petite ; que possible.
Comme on le sait, avec ies canaux habituelsen forme de corps de révolution, il se produitune surchauffa importante
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à l'arrière du canal d'un four à induction (en un point 101;nG au maximum des débouchés du canal dans le laboratoire du four), là où l'échange des courants de métal en fusion dans le canal est
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très réduit.Cette température excessive provoque une forte so11ic- tation du revêtement réfractaire du canal, de sorte qua la trar.3- mission de puissance admissible par canal doit être limitée.
La température excessive conduit en outre à des pertes de chaleur accru-, es.L'effet nuisible qui peut apparaître par forte surchauffe dans
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métal dépend de la nature de celui-ci et des constituants de l'a1- age, ,nais entraîne dans de nombreux cas des difficultés
Il est bien connu que des températures excessives nuisi- bles peuvent être évitées en provoquant une circulation du métal en fusion dans le canal. On connaît des fours dans lesquels on obtient un courant unidirectionnel dans le canal d'induction grâce à une section transversal croissant de l'entrée à la sortie du canal.
L'inconvénient de ce principe est la diminution qui en résulte de la résistance ohmique du canal ou la nécessité
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de réduire la densité du courant et par conséquent, la puissance transmissible,
Le but de la présente invention est de créer un courant unidirectionnel puissant dans le métal fondu le long du canal pour éliminer la surchauffe dans celui-ci, tout en conservant
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en Jiêije temps les caractéristiques avantageuses du four à canal.
Le courant unidirectionnel peut également avoir pour résultat que les caractéristiques électriques du four à canal et la trans- mission de la puissance sont encore davantage améliorées et que
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le o!ve:ent du .nétal en fusion dans le laboratoire peut être iielix adapté aux besoins.
L'invention est basée sur une étude de l'allure.du elij4,n-p parasite dans le canal et concerne essentiellement une construc- tion spéciale de celui-ci, permettant d'obtenir, en raison de la
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pression qui est exercée par le cha,p parasite sur le wetal con- ducteur de courant, un courant unidirectionnel de sétal en fu- sion le long du canal-.
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En raison de l'allure du chaap parasite autour du canal induction, on peut obtenir un courant unidirectionnel en construis sant le canal avec une largeur croissant normalement l'axe de la bobinedl' entrée à la sortie, tandis qu'en tetnps la hauteur du canal diminue de uanière correspondante de sorte que la superficie de la section transversale du canal reste partout la Pour obtenir une circulation dans le canal, il n'est pas nécessaire que la modification de la section, qui de haute et étroite devient basse et large, se fasse de manière uniforme ou
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linéaire, quoique ce soit des plus favorables ooiir lps conditions ' d'écoulement.
Eventuellement , en raison d'autres er¯LrP^ce, on veut désirer lors de la construction du four une répartition de la iiodificéition de la section transversale par Echelons sur '# plusieurs tronçons limités du canal. Le désir de maintenir aussi faible que possible la surface disponible nour le cha,.lp parasitas entre la bobine et le canal, en vue de garantir une bonne trns..is-
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sion de la puissance , est satisfait également par les construc- tions de fours suivant l'invention, du fait que la circulation suivant ce principe est indépendante de la concentricité (ou de la concentricité approximative) de la face intérieure du ca-al j et de la bobine d'induction.
Les dessins annexés représentent diverses for.es Cie:eC'.7-CI? de l'invention.
La figure 1 est une coupe horizontale, suivant la ligne I-I
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de la figure 2, d'un four 3 induction '% caiiial de circulation suivant l'invention ; la figure 2 est une coupe verticale, suivait laligne II-II, du four de la fig'.re 1;
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la figure 3 est une coupe verticale, suivant la lir3y-.o- III- III du four de la figure 1 ; la figure 4 est une coupe horizontale, suivant la line
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IV-IV de la flaire 5, d'un four induction sivnt une f3r..e d'exécution de l'invention, svec double caral de circulation. ; la figure 5 contre une coupe verticale, suivant la ligne V-V, du four dela figure 4 ;
la figure 6 est une coupe verticale, suivant la ligne
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VI-VI de la figure 7, d'un four constituant une autre forr..e d'exé- cution de l'invention , avec deux laboratoires séparés et deux tronçons de canal séparés connuniquant avec les laboratoires; la figure 7 est une coupe horizontale, suivant la igné VII-VII du four de la figure 6 ;
la figure 8 est une coupe verticale, suivant la ligne VIII-VIII de la figure 9, d'une forme d'exécution d'un four inductioncanal triphasé suivant l'invention, où les canaux de circulation sont disposés sous le laboratoire , et la figure 9 est une coupe horizontale du four de la figure 3, en partie suivant la ligne IXa-IXa et en partie suivait la ligne IXb-IXb.
Les particularités du fourinduction à canal de circu-
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lation rt"'r-'!.' de ,,;,!'i.-re g.w112'iv mit t'L"1r' 1, "l, ) r(" ) t... 1 t'),.!, f4'1 t tft trv. t 110 1;. C')l! :) v.\ .,t I.r:tl 1 wc."...:A t-f cette ai.aj.. i.:,.p fi 1r. Le le ):7..:râs :7 i â ' -l'i l'j'Ir #îhL ,;:0""'\ .clr'C un r',.;tL-',.E'!lt T.!'ri.Ctr'ltrt? 1, de .,.!2i"r8 JI...Pt' Mue C¯',S'I.i^n de laboratoire 10, vert..cale et en <:rhnde '1:"rtte c:'lin1rt'1'('. A
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)rox1."it du fond, est o^¯m.z un canal horizontal fer e: 7, construit en -"ati'''re réfrctaire 3. Co.j.ue le contre le "-leux la flaire 1, le canal 7 for.'.e une boucle autour d'un noyau de fer 4, ,.11:'1 d'une bobine d'induction 2.
Le canal 7, ewa est lr.r>tall-5 suivant nne direction déterminée, en vue de la circulation du (. ; 'tal 1'0"'-
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du, est reli au laboratoire par une entrée 3 et une sortie 9.
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Les fl':c',es de la flaire 1 indiquent le sens de la clrcilhtlo!'l.
Pour le reste, les furs à. induction 3 caal de c)n,:"tI"C- ton similaire sont tel.Leer.t cornus qu'une de.crtnt'. or. olu3 dÁtail16e de la construction ne parait pcs nécessaire.
Sur les autres figures, ,:1ontra...,t également des exemples si-plifis de diverses for.nes d'exécution de fur" : :!.,;d'.tLr:-'1 canin suivant l'invention, on retrouve ? es '...c3 élp:?tp que sur les fibres 1, 2 et 3, éui fonctionnent tous de ...1:i\r an21o,':'lC. La description Tiivante sert donc nrlncl'i-.lr,.-, t à expliquer les particularités qui, dans les différente.'; ['-'r 3 d'e'':c',lt1.o''', sont di,(.oorté-Lnce essentielle pour l'invention.
Dans la figure 2, on .contre l'entrée du flux paroslte dans l'intervalle compris entre la bobine 2 et l'annoau do /t-il en fusion se trouvant dans le canal 7, rÍ.'ls1 "tue l'é\1. '1!N du cnü.,zp prys du canal et dans celui-ci. Suivant les loir .Ücl;r)- iiia.gn4iti qiier bien connues, ce c a.ip exerce une, pression .: can 1-
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que sur le frétai en fusion conducteur de courant contenu dans
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le canal. C0..1 se le montrent les flèches de la figure 2, cette 1''''- sion provient de la face intérieure et se concentre partout nor"ca- 1eúent la direction du cha:p et du courant.
Avec l'allure du chatûp se présentant dans un canal d'induction , il se produit dans le ...étal en fusion, dans la partie centrale de la fice ex-
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t";riflI1r 6 du caual, une pression ".:'xL :'11,." telle 011'Orl l'a indiquée ')<lr' de? H',C!\'1y'9 '.'11:.'1 r!"P'9 aux joints 11 et 12.
Co,.i-e la face e-hJrLeure 6 du c,,nnl est de for,.c alrt-. ! s *>t, s'écarte de la face Intérieure 5, i.1..x1.t ':n<? CO,,",<,)!:1ct"te de otte )rston ..,'"',:1.,11L! qui entraîne le # '-tal en fusion vers la IllIS #T<r.de largeur du canal. La n:,.,S)"1 dans le bain en .0\- sion , aux \rf<1ces supérieure et inf-'rleure délimitant le canal,
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comporte, en raison de la fauteur décroissante de celui-ci, une
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composante cr.'i entraîne le rn-tal en f'tst3n en sens inverse, c'est-à-dtre vers le point ou la hauteur du canal est plus grande.
Coiiue la pression, ainsi qu'il ressort de la configuration du champ, est inférieure aux surfaces supérieure et inférieure déli- .zitant le canal à ce qu'elle est à la partie .dia'e de la face
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extérieure, la composante de force venant de cette dernière est dominante. Le sens du courant coïncide donc avec celui de l'accroissement de la largeur du ca-al.
On peut également obtenir une circulation dans le canal
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d'Induction avec une section rrta:'alaire, sans l'arrondisse- ment des angles indiqué aux figures 2 et 3. La condition rt -,,e le canal présente les lIiodLfi,ci'ttioI1S 0'1 transitions de sa largeur et de sa ncutenr indiquées rur ces finiras. Dans le cas d'una section transversale rect.n-iipire du les lignes de forc
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du cha.Jp dans la filtre 2 recoupent obliquement les angles à la
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face intérieure du car.ctl. La résultante du produit de la de:si t! de courant et de la force du champ dans le canal, del)'11 les angles de la face intérieure jusqu';1. la partie ..n'diane de la faca
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extérieure, donnerait dans ce cas une différence de pression plus grande que quand la concentration a commencé dans la partie médiane de la face intérieure.
La surpression relative dans le
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canal présente de cette façon un iulnLn'.lw très marqué à l'angle intérieur supérieur du canal. La puissance ;úaXi'ùW1 transaissible
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dans un four à canal de circulation n'est pas limitée par la sur-
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chauffe à l'arrière du canal, ,,ais bien par la pression agné-
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tique qui est exercée par le champ parasite sur le métal en fusion conducteur de courant contenu dans le canal. Cette près- sion peut devenir tellement forte qu'elle dépasse la pression statique dans le canal et réduit donc la cohésion métallique du bain en fusion.
En raison de la pression relativement faible dans les angles de la face intérieure du canal, ces angles constituent de ¯ points de départ d'une telle réparation ou rupture du canal. S'il se présente un début de rétrécissement de la section transversale de l'anneau de métal conducteur de cou- rant avec le point de départ dans un des angles (la plupart du temps, un angle supérieur) , on se trouve devant la situation instable que la densité de courant augmente dans cette section et la rupture du canal s'ensuit im@édiatement. On atteint ainsi une valeur critique de la puissance transmissible au canal, en dessous de lamelle il faut conduire le four cour maintenir une marche régulière et un débit stable de celui-ci.
Quand la face intérieure du canal, coince indiqué à la figure 2, épouse l'allure des lignes de force du champ, il n'y a aucun point de départ naturel à la rupture.du canal. La puissance transmissible à un canal de ce genre est donc plus élevée. En outre, un profil de canal arrondi de cette façon présentera une moindre résistance à la circulation et provoquera une Moindre perte de chaleur.. Au reste, c'est pour ces raisons qu'on arrondira les angles de la face extérieure du canal, à des fins pratiques, plus encore que ce qui est indiqué aux figures.
Les figures 4 et 5 ou 8 et 9 montrent des exemples de l'ap- plication du principe du canal à circulation dans un four équipé de deux bobines d'induction. Des estais ont .nontré qu'une sortie commune des canaux constitue une solution favorable. A cet égard, on doit tenir compte des conditions électrotechniques, en vue d'éviter une diminution du rendement lors de la jonction des canaux.
Les figures 4 et 5 montrent la structure d'un double caral
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de circulation , en liaison avec un laboratoire commun 20, où les canaux possèdent une sortie comune 29 au milieu de celui-ci , tandis que les entrées 23' et 23" àes deux canaux sont séparées.
Un double canal de ce genre peut être prévu horizontalement au fond du laboratoire, verticalement sous celui-ci ou dans une position inclinée quelconque.
Les figures 8 et 9 montrent la for.-e extérieure d'un four triphasé où les canaux 47', 47"et 47" soot placés sous le labo- ; ratoire rond 40, à 1200 l'un de l'autre. La sortie 49 au centre de la sole du four est commune aux troiscanaux et assure donc un mouvement favorable du metal en fusion dans le four. Dans cette disposition des canaux, il est avantageux de prévoir une section transversale inversement proportionnelle à la pression statique r@ganant dans le canal, pour une raison qui spra expli- quée ci-après. On peut également construire un four triphasé avec canaux de circulation en plaçant, de Manière connue, trois canaux distincts autour d'un laboratoire commun.
Comme on l'a indiqué en commençant, la surchauffe à l'ar- rière du canal n'est pas décisive pour la capacité d'un four à induction à canal de circulation. Dans ce cas, la transmission de puis sance maximale est déterminée par la densité du courant et ' le risque d'une rupture du canal. Ainsi qu'on l'a déjà mention- n4, c'est la pression statique dans le canal qui fixe la pression magnétique admissible et par conséquent la capacité.
Si le canal i se trouve horizontalement et latéralement par rapport à la sole du laboratoire, comme indiqué aux figures 1, 2 et 3, la pression statique dans le canal est partout la lême, La superficie constan- te de la section transversale du cnal et, par conséquent, égale¯ - ment partout la ..rêne densité de courant, donnent la transmission de puissance maximale que l'on peut atteindre avec le canal res- pectif. Si par contre, le canal est placé sous le laboratoire, ce que les figures 8 et 9 indiquent pour un four triphasé, ou dans une posttion inclinée quelconque, la pression statique dans
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le canal A1]:lentera avec la profondeur sons la surface du .\:til en fusion.
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Si dans ces constructions de canaux,, la surciv,'lfl'i3 ne pose aucun orohl e, ce fait peut tre is urofit nour au." .cnter la capacité du four (du canal) en r:dwsaZic la section transver- sale du canal, c'est-à-dire en augmentant la densité de courant dans la prodortion que la pression statique dans le caal.
La circulation dans le canal n'est pas 1':fl'JE"nct3e lorsnu'on veille sele.:ent 3 ce que le car.al présente sur toute sa longueur ' la variation nécessaire du rapport hauteur : largeur. On peut de
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cette façon augmenter la résistance oliuique du canal, par la diminution de sa section transversale, sans provoquer l'api,ori- tion de points cri tiques et par conséquent améliorer la trls.û'.'3- sion de la puissance.
Ce principe d'amélioration de la transmission de a puissance d'un four à caral n'a pas été appliqué dans les construc-
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tions de fours antérieures connues, quoique les canaux i'u' ':>?:1 t disposés verticalement ou en position inclinée sous le laboratoire Co::..:e les explications qui précèdent le montrent, ce p.occ;é d'a.aélioration du four à canal oeut être apuliou4 ausni bien aux constructions de canaux habituelles qu'aux canaux à circulation .
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Les avantages .ué1.xl!1la sont obtenus dans les canaux à circulation, parce qu'un retr,:c1sse.:.ent de la partie i;1frie1're d'n.n c,H1él1 ordinaire conduit à des surchauffes encore plus élevées Dans le cas de métaux à bas point de fusion, ou de métaux qui sont insensibles aux surchauffes, on peut également appliquer ce principe aux canaux ordinaires.
Les figures 6 et 7 montrent un four à induction à canal suivant l'invention, où le laboratoire est subdivisé en deux parties séparées 30a et 30b, reliées l'une à l'autre par deux canaux de circulation séparas 37a et 37b. On obtient de cette ma- nière une boucle fermée autour de la bobine d'induction 32, ce qui rend possible un mouvement circulaire du métal en fusion dans le four, indiqué par des flèches sur les figures.
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Contre on l'a signalé plus haut, pour obtenir une circu- lation dans un canal, il n'est pas nécessaire que la variation de la section transversale, qui passe d'une section haute et étroiteune section basse et lare, s'effectue par échelons sur plusieurs tronçons limités. Un exemple typique à ce sujet est l'emploi de canaux de circulation dans des fours à deux la- boratoires où l'on désire une plus grande circulation entre ceux-ci. Au reste, on peut appliquer le principe à un canal continu quand, pour des raisons de construction ou pour d'autres raisons, on désire une concentration des modifications ou des transitions à des endroits particuliers.
REVENDICATIONS.
1.- Four à induction à canal comportant un laboratoire et un canal disposé près du fond du laboratoire et dont l'entrée et la sortie communiquent avec ce derrier , le canal rempli de métal en fusion formantavec le laboratoire un anneau en court- circuit conduisant le courant électrique autour d'une bobine d'in- duction d'un noyau de fer fermé, et le canal étant construit de manière à provoquer une circulation unidirectionnelle du -'létal en fusion dans le canal, caractérisé en ce que la section trans- versale du canal, à l'entrée de celui-ci,est haute en direction de l'axe de la bobine et étroite transversalement à cet axe et passe, régulièrement ou par échelons, à une section transversale basse et large à la sortie du canal.